(57)【要約】【課題】  順方向伝播時と逆方向伝播時との間で超音波トランスジューサに生じる、超音波ビームの受信感度特性の非対称性を、圧電素子の出力強度を調整することにより改善して、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止し、流量計測精度の向上に寄与することのできる超音波流量計を提供する。【解決手段】  素子板１３１は、音響整合層１３７の表面に形成される超音波放射面ＲＰの中央部に対応するダミー素子ブロック１３１Ｃと、その両側の周辺部に対応する圧電素子ブロック１３１Ｓとに区分されている。圧電素子ブロック１３１Ｓは高電位にて分極処理されることで圧電効果を有しているが、ダミー素子ブロック１３１Ｃは分極処理が施されていないために圧電効果を有しない。単一の圧電セラミック性素材において、超音波放射面ＲＰの周辺部に対応する部分のみに分極処理を施すことにより、ダミー素子ブロック１３１Ｃと圧電素子ブロック１３１Ｓとが素子板１３１内に一体形成されている。【選択図】  図９
2010190828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを送信し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記超音波ビームを送信し、及び／又は受信するために前記超音波トランスジューサに配置される圧電素子は、流路短辺方向の中央部には分極処理に基づく圧電効果を有しない中央非分極部が形成される一方、その周辺部には分極処理を施すことにより圧電効果を付与された周辺分極部が形成され、
前記圧電素子の出力強度が、流路短辺方向において前記中央非分極部よりも前記周辺分極部にて高強度となるように調整されることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記圧電素子は圧電セラミック性素材にて単一の素子板に形成されるとともに、流路短辺方向の周辺部のみに分極処理を施すことにより、前記中央非分極部と周辺分極部とが前記素子板内に一体形成されている請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記素子板の中央非分極部と周辺分極部との境界位置には、隣接する各部を区画するための区画溝が該素子板の厚さ方向に形成されている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記区画溝の深さが前記素子板の厚みの１／２以上となるように調整されている請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記圧電素子は、前記中央非分極部と周辺分極部とが、所定量の隙間を介して隣接配列する、互いに独立した素子ブロックとして別体分離形成されるとともに、
前記中央非分極部は分極処理に基づく圧電効果を有しない擬似素子ブロック、前記周辺分極部は分極処理を施すことにより圧電効果が付与された圧電素子ブロックをそれぞれ構成する請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記擬似素子ブロックを前記圧電素子ブロックと異なる材質にて構成することにより、前記中央非分極部の剛性を前記周辺分極部の剛性に対して調整可能となす請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記圧電素子は、前記中央非分極部が空間をなす凹部として構成されるとともに、前記周辺分極部が流路短辺方向において該凹部を挟んで離間配置されている請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記超音波トランスジューサは、超音波発生源となる前記圧電素子の超音波送出側表面に音響整合層が重ね配置されたものであり、
前記音響整合層は、前記圧電素子の中央非分極部に対応する層中央部と、前記周辺分極部に対応する層周辺部とに区分されるとともに、
前記層中央部は、重ね方向において前記凹部に入り込む突出部を含む形態で前記層周辺部よりも厚く形成されている請求項７に記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記音響整合層は、前記突出部を含む層中央部と前記層周辺部とが同一の材質にて一体形成されることにより、前記層中央部の剛性が前記層周辺部の剛性よりも大きくなるように調整されている請求項８に記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記音響整合層の層中央部は、前記層周辺部と一体形成された中央本体部と、前記凹部に入り込んで配置された前記突出部とが別体に形成され、
前記層中央部の突出部を前記中央本体部と同一の又は異なる材質にて構成することにより、前記層中央部の剛性を前記層周辺部の剛性に対して調整可能となす請求項８に記載の超音波流量計。
【請求項１１】
前記音響整合層には、前記層中央部の突出部を被覆することにより該層中央部と前記圧電素子の周辺分極部との接触を回避するための緩衝部材が配置されている請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の超音波流量計において、
前記順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で送信側と受信側とに切り替えて使用される一対の超音波トランスジューサを含むとき、その一対の超音波トランスジューサのうち、流れ方向下手側のものを前記送信側の超音波トランスジューサとすることを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。その際の測定原理として、一般には「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流体を通過させるための計測流路（計測用直線流路）の流体流れ方向上流側（上手側）及び下流側（下手側）の壁部（取付壁面）に一対の超音波送受信部（超音波トランスジューサ）を設け、それら超音波送受信部間の超音波送受信方向を交互に切り替えるとともに、上流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが下流側超音波送受信部に到達するまでの時間（順方向伝播時間）と、下流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが上流側超音波送受信部に到達するまでの時間（逆方向伝播時間）とを計測して、両者の時間差から計測流路を流れる流体の平均流速及び流量を求めるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記のような超音波流量計においては、計測流路内の流れは流路形状に応じた特有の三次元分布となる。従来の超音波流量計では、この三次元的な流れ分布を詳細に考慮した計測方法がほとんど提案されておらず、計測誤差を招きやすい欠点があった。特に問題となるのは流路壁面との摩擦による損失であり、流路断面内の流速は、壁面摩擦損失の影響を大きく受ける流路周辺部で小さくなり、壁面からの距離が大きい流路中央部で大きくなる分布を呈する。この場合、流路断面積が一定であれば、周縁長が小さい断面形状（例えば円状ないし正方形状）となるほど壁面摩擦の影響を大きく受ける断面領域の比率は小さくなり、流路中央部と流路周辺部との流速差は著しくなる。そこで、仕切り壁を用いて流路断面をアスペクト比の大きい長方形状断面エリアに区画し、その長方形状断面エリアの流路短辺をなす側壁部に超音波トランスジューサを設けることで、壁面摩擦損失の影響を大きく受ける断面領域をあえて拡大し、流路断面内の流速差を縮小する試みがなされている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５１６５３号公報
【特許文献２】特許第３５２８３４７号公報
【０００５】
特許文献２のような流路構造を採用すれば、確かに流路断面内の流速差の影響を多少は縮小できるが、計測流路内の流速分布の完全均一化は所詮不可能であり、流路中央部と流路周辺部とで依然として少なからぬ流速差を生ずる。また、本発明者が検討したところ、これとは別の要因により、超音波ビームの強度分布には流れ中を伝播する過程で不可避的な偏りを生じることが判明した。すなわち、一対の超音波トランスジューサについて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとで、超音波ビームの到達時間を測定する際の受信レベル（受信感度）に差を生じるため、単に計測流路における流速分布を改善（均等化及び対称化）するだけでは流量計測の精度が必ずしも向上しない。
【０００６】
この点に関し、矩形状断面を有する計測流路の短辺側壁面（取付壁面）において、斜めに取り付けられた超音波トランスジューサから、その放射面法線方向に超音波ビームが送出される状況を例えば図１にて考察する。図１は、超音波放射面上にて計測流路の高さ方向（短辺方向）に複数の点音源が等間隔に配列した点音源モデルを表している。
【０００７】
流体が静止している場合（つまり、流速がゼロの場合）は、各点音源から素元波が球面波の形で放射され、その波面上の各点の法線方向に素元波の音速ベクトルｃｎが現れる。各点音源からの音波は、放射面法線方向との角度に依存した位相差を生じながら、全角度方向に同じ音速ｃｎで均等に広がりながら伝播する。個々の点音源からの球面波は、重ね合わせの原理により、各方向への波束成分のうち逆相となるもの同士は打ち消しあい、結果として、個々の点音源からの球面波の包絡線を波面（放射面と平行な平面となる）とする波束が残り、これが巨視的な超音波ビームとして観察されることとなる。なお、超音波ビームの伝播領域は、理想的には超音波トランスジューサの超音波放射面を底面とし、その法線方向を高さ方向とする直柱状の領域となるが、放射面周辺部については、放射面の外側に点音源が存在しないので、上記直柱状の領域の外側には、外向きに拡散する波束成分が打ち消されず残留する。したがって、放射面内のビーム強度分布は、周辺部を除いた領域でほぼ一様であり、放射面周縁に近づくにつれて緩やかに減衰するプロファイルを示す。
【０００８】
しかしながら、音波の伝播媒質である流体に放射面法線方向と交差する向きに流れが生じている場合は、図１の下部に示すように、素元波の音速ベクトルｃｎに流速ベクトルＶが重畳され、その合成ベクトル（ｃｎ＋Ｖ）の向きが実際の音波伝播方向を示すこととなる。図１は、被測定流体の流れに対し順方向に音波が伝播する場合を示している。ある時刻ｔでの波面の任意の点の位置ベクトルをＸｐ（ｔ）としたとき、波の伝播に伴って点Ｘｐの移動する速度はｄＸｐ（ｔ）／ｄｔにて表されるが、これを上記合成ベクトル（ｃｎ＋Ｖ）に等しいとおいて得られるベクトル微分方程式を数値的に解くと、順方向伝播の場合は、Ｘｐ（ｔ）の時間変化、すなわち、波束φの伝播軌跡は、流速がゼロの場合の波束φ’に対し、放射面法線方向から遠ざかる向きに拡散する形態となることがわかる。この拡散が生ずる分だけ、放射面周辺部でのビーム強度の低下は、流速がゼロの場合と比較して著しくなる。他方、超音波ビームを流れに対して逆方向に送出する場合は、上記ベクトル微分方程式に含まれる流速ベクトルＶの符号が反転し、結果のみ記載すれば、波束φの伝播軌跡は、流速がゼロの場合の波束φ’に対し、放射面法線方向に近づく向きに収束する。
【０００９】
したがって、図２に示すように、順方向伝播時には、上記超音波ビームの拡散により流速がゼロの場合と比較して受信レベル（受信感度）が低くなり、応答性及び感度は低下する傾向となる。特に、計測流路の短辺方向（高さ方向）周辺部では壁部摩擦による流速の低下が著しいので、受信側の超音波トランスジューサに対して超音波ビームは、周辺部のほうが中央部よりも遅れて到達する形となり、位相差を生ずる。さらに、送信側の超音波トランスジューサから放射された直後は放射面中央付近にあった波束が、受信側の超音波トランスジューサに近づくにつれて外側に拡散する結果、受信に至るまでの総伝播距離が大きくなる。図１に示すように、受信側超音波トランスジューサの周辺領域ほど、伝播距離の長い波束の比率が高くなるため、中央領域との波束の位相差は一層拡大し、受信感度の低下を助長する。他方、逆方向伝播時には、超音波ビームの収束により流速がゼロの場合と比較して受信感度が高くなり、周辺領域と中央領域との波束位相差も縮小するので、応答性及び感度は向上する傾向となる。当然のことながら、この傾向は流速が大きく流量の絶対値が高くなるほど（すなわち、層流域よりも乱流域で）顕著となる（図２参照）。
【００１０】
このように順方向伝播時と逆方向伝播時とで超音波の受信感度が非対称になると、順方向伝播時の到達時間と逆方向伝播時の到達時間とに少なからぬ誤差あるいは偏差を生ずる。その結果、特に大流量域（高速域；乱流域）における順方向伝播時の感度低下に伴う検出Ｓ／Ｎ比の低下が懸念される。そこで、送信側の超音波トランスジューサにおいて、受信感度低下を補うために駆動電圧を流速に応じて増加させる方法も考えられるが、電圧制御回路の追加や消費電流増加に伴う電池寿命低下が懸念される。また、電圧変化に伴う超音波トランスジューサの駆動遅延時間（駆動電圧が印加されてから実際に超音波が放射されるまでの時間的な遅れ）の不規則な変動により、流量計測精度が低下することもありうる。他方、受信側の超音波トランスジューサでも、順方向伝播時と逆方向伝播時とで超音波の受信感度が非対称になると、伝播する超音波のビーム強度分布が不均一になったり、中央部と周辺部とで位相差を生じたりして、応答性が変化（悪化）することにより、流量計測精度が低下するおそれもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、順方向伝播時と逆方向伝播時との間で超音波トランスジューサに生じる、超音波ビームの受信感度特性の非対称性を、圧電素子の出力強度を調整することにより改善して、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止し、流量計測精度の向上に寄与することのできる超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを送信し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記超音波ビームを（例えばパルス状に）送信し、及び／又は（例えばパルス状に）受信するために前記超音波トランスジューサに配置される圧電素子は、（例えば圧電セラミック性素材にて構成されるとともに、）流路短辺方向の中央部には分極処理に基づく圧電効果を有しない中央非分極部が形成される一方、その周辺部には分極処理を施すことにより圧電効果を付与された周辺分極部が形成され、
前記圧電素子の出力強度が、流路短辺方向において前記中央非分極部よりも前記周辺分極部にて高強度となるように調整されることを特徴とする。
【００１３】
上記超音波流量計では、超音波トランスジューサにて超音波ビームを送信あるいは受信する際に、圧電素子の出力強度が、流路短辺方向において中央非分極部よりも周辺分極部にて高強度となるように調整される。これにより、超音波ビーム送信（あるいは受信）用圧電素子の流路短辺方向における出力強度分布特性（中央非分極部よりも周辺分極部にて高強度となる）は、流路短辺方向における流速分布特性（例えば、流路中央にて最大となる放射線状（動粘性係数の大きい流体の場合や層流域の場合）又はバスタブ状（動粘性係数の小さい流体の場合や乱流域の場合）を呈する）を均一化ないし平均化する方向に作用する。すなわち、順方向伝播時には超音波ビームを拡散させて受信感度を低下させる一方、逆方向伝播時には超音波ビームを収束させて受信感度を向上させる原因となる流速分布特性を、圧電素子の出力強度分布特性により見かけ上打ち消しないし相殺することで緩和（均一化・平均化）し、そのような状態にて超音波ビームの到達時間を測定することができる。
【００１４】
したがって、超音波トランスジューサを用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、例えば、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の向上により超音波ビームの受信感度特性が安定（対称化）し、流量計測時における消費電流を抑制して電池寿命を長期化できるようになり、ひいては超音波トランスジューサによる広い測定範囲での安定した流量計測が可能となる。なお、圧電素子の中央非分極部は超音波ビームの送受信に寄与しなくてもよいから、信号処理のためのリード線や制御回路を簡素化することができ、省エネルギーにも貢献できる。
【００１５】
その際、上記圧電素子は圧電セラミック性素材にて単一の素子板に形成されるとともに、流路短辺方向の周辺部のみに分極処理を施すことにより、中央非分極部と周辺分極部とが素子板内に一体形成される場合がある。
【００１６】
この場合、中央非分極部と周辺分極部とを単一の素子板として圧電セラミック性素材から一括製造でき、超音波トランスジューサの製造コストの低廉化に寄与することができる。
【００１７】
具体的には、素子板の中央非分極部と周辺分極部との境界位置には、隣接する各部を区画するための区画溝を素子板の厚さ方向に形成することができる。
【００１８】
この構成によれば、圧電セラミック性素材に分極処理を施して圧電効果を付与する際に、高電圧で分極処理する周辺分極部への印加電圧の影響が、区画溝による遮断効果により中央非分極部に及びにくくなる。また、中央非分極部と周辺分極部とが、溝底部側では一体化されているので、超音波トランスジューサへの素子アセンブリ工程の簡略化を図ることができる。
【００１９】
なお、区画溝の深さを素子板の厚みの１／２以上（望ましくは３／４以上）となるように調整する場合には、区画溝による印加電圧の遮断効果をより顕著なものとすることができる。
【００２０】
また、上記圧電素子は、中央非分極部と周辺分極部とが、所定量の隙間を介して隣接配列する、互いに独立した素子ブロックとして別体分離形成されるとともに、
中央非分極部は分極処理に基づく圧電効果を有しない擬似素子ブロック（例えばダミー素子ブロック）、周辺分極部は分極処理を施すことにより圧電効果が付与された圧電素子ブロックをそれぞれ構成する場合がある。
【００２１】
この場合には、圧電素子の中央非分極部を、周辺分極部と同一材質の圧電セラミック性素材にて構成してもよいし、異なる材質の材料にて構成してもよいから、超音波トランスジューサの材料コストの低廉化に寄与することができる。
【００２２】
具体的には、擬似素子ブロックを圧電素子ブロックと異なる材質にて構成することにより、中央非分極部の剛性を周辺分極部の剛性に対して調整可能となすことができる。
【００２３】
流路短辺方向における流速分布特性（一例として動粘性係数の大きい流体の場合と小さい流体の場合）等に応じて擬似素子ブロックの剛性（特に曲げ剛性）を調整することによって、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性をより精密に改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の更なる向上に寄与することができる。
【００２４】
例えば、動粘性係数の大きい流体の場合を想定したとき、放物線状の流速分布特性に応じて、擬似素子ブロック（中央非分極部）の剛性が圧電素子ブロック（周辺分極部）の剛性よりも大きくなるように調整（例えば比重が大、重量が大、又はヤング率が大）する。これによって、流路短辺方向において放物線状を示す粘性大なる流体の流速分布特性に対し、圧電素子の出力強度はふたこぶ型（ふた山型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００２５】
他方、動粘性係数の小さい流体の場合を想定したとき、バスタブ状の流速分布特性に応じて、擬似素子ブロック（中央非分極部）の剛性が圧電素子ブロック（周辺分極部）の剛性よりも小さくなるように調整（例えば比重が小、重量が小、又はヤング率が小）する。これによって、流路短辺方向においてバスタブ状を示す粘性小なる流体の流速分布特性に対し、圧電素子の出力強度はなべ底型（高原型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００２６】
さらに、上記圧電素子は、中央非分極部が空間をなす凹部として構成されるとともに、周辺分極部が流路短辺方向において凹部を挟んで離間配置される場合がある。
【００２７】
この場合には、中央非分極部が空間（凹部）に構成されるので、超音波トランスジューサ（ひいては超音波流量計）の小型化、軽量化やコスト低減を図ることができる。
【００２８】
具体的には、超音波トランスジューサを、超音波発生源となる圧電素子の超音波送出側表面に音響整合層が重ね配置されたものとし、
音響整合層を、圧電素子の中央非分極部に対応する層中央部と、周辺分極部に対応する層周辺部とに区分するとともに、
層中央部について、重ね方向において凹部に入り込む突出部を含む形態で層周辺部よりも厚く形成することができる。
【００２９】
このように、空間（凹部）に構成される圧電素子の中央非分極部に対応して、突出部を含む層中央部を層周辺部よりも厚く形成することにより、圧電素子の凹部（中央非分極部）を利用して、音響整合層（及びそれを含む超音波トランスジューサ）の剛性（特に曲げ剛性）を調整することができる。なお、突出部は、層中央部と同一の材質で構成してもよいし、異なる材質で構成してもよいから、層中央部（や層周辺部）に対して一体・別体いずれでも形成できる。
【００３０】
例えば、音響整合層について、突出部を含む層中央部と層周辺部とを同一の材質にて一体形成することにより、層中央部の剛性を層周辺部の剛性よりも大きく調整することができる。
【００３１】
層中央部と層周辺部とを単一の音響整合層として一括製造でき、超音波トランスジューサの製造コストの低廉化に寄与することができる。また、突出部を含む層中央部を層周辺部よりも厚く形成することのみによって、層中央部の剛性（特に曲げ剛性）を層周辺部よりも容易に大きくすることができる。
【００３２】
あるいは、音響整合層の層中央部について、層周辺部と（例えば同一の材質にて）一体形成された中央本体部と、凹部に入り込んで配置された突出部とを別体に形成し、
層中央部の突出部を中央本体部と同一の又は異なる材質にて構成することにより、層中央部の剛性を層周辺部の剛性に対して調整可能となすことができる。
【００３３】
流路短辺方向における流速分布特性（一例として動粘性係数の大きい流体の場合と小さい流体の場合）等に応じて突出部を含む層中央部の剛性（特に曲げ剛性）を調整することによって、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性をより精密に改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の更なる向上に寄与することができる。
【００３４】
例えば、動粘性係数の大きい流体の場合を想定したとき、放物線状の流速分布特性に応じて、層中央部の剛性が層周辺部の剛性よりも大きくなるように調整（例えば突出部の比重、重量、又はヤング率が中央本体部より大）する。これによって、流路短辺方向において放物線状を示す粘性大なる流体の流速分布特性に対し、超音波トランスジューサの出力強度はふたこぶ型（ふた山型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００３５】
他方、動粘性係数の小さい流体の場合を想定したとき、バスタブ状の流速分布特性に応じて、層中央部の剛性が層周辺部の剛性よりも小さくなるように調整（例えば突出部の比重、重量、又はヤング率が中央本体部より小）する。これによって、流路短辺方向においてバスタブ状を示す粘性小なる流体の流速分布特性に対し、超音波トランスジューサの出力強度はなべ底型（高原型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００３６】
そして、音響整合層には、層中央部の突出部を被覆することにより層中央部と圧電素子の周辺分極部との接触を回避するための緩衝部材を配置することができる。
【００３７】
このような緩衝部材を配置することによって、圧電素子の周辺分極部の振動が層中央部（突出部）を介して音響整合層の超音波放射面（超音波受信面）に伝播することを防止でき、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。なお、緩衝部材として、柔軟性を有する高分子材料（例えばシリコーン樹脂等の合成樹脂）等を用いることができる。
【００３８】
そして、このような超音波流量計において、
順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で送信側と受信側とに切り替えて使用される一対の超音波トランスジューサを含むとき、その一対の超音波トランスジューサのうち、流れ方向下手側のものを送信側の超音波トランスジューサとすることを特徴とする。
【００３９】
これによって、各々の超音波トランスジューサは送受信に兼用されるので、超音波流量計の構造を簡素化できる。また、流れ方向下手側が送信側となる逆方向駆動モードでの受信感度の向上を特に効果的に抑制でき、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】流速の影響により超音波ビーム波束が広がる様子を説明する図。
【図２】順方向伝播時と逆方向伝播時の受信感度の非対称性を説明する図。
【図３】本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。
【図４】図３の正面断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図７】図４における中間流路の流路構成の一例を示す斜視図及び正面図。
【図８】図７の超音波計測区間における超音波トランスジューサの配置関係を示す説明図。
【図９】超音波トランスジューサの説明図及び特性図。
【図１０】下流側超音波トランスジューサの電気的構成の一例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャート。
【図１１】図９の超音波トランスジューサの第一変形例を示す説明図。
【図１２】図９の超音波トランスジューサの第二変形例を示す説明図。
【図１３】図９の超音波トランスジューサの第三変形例を示す説明図。
【図１４】図９の超音波トランスジューサの第四変形例を示す説明図。
【図１５】図９の超音波トランスジューサの第五変形例を示す説明図。
【図１６】図９の超音波トランスジューサの第六変形例を示す説明図。
【図１７】図９の超音波トランスジューサの第七変形例を示す説明図。
【図１８】図９の超音波トランスジューサの第八変形例を示す説明図。
【図１９】図９の超音波トランスジューサの第九変形例を示す説明図。
【図２０】図９の超音波トランスジューサの第十変形例を示す説明図。
【図２１】図９の超音波トランスジューサの第十一変形例を示す説明図。
【図２２】図９の超音波トランスジューサの第十二変形例を示す説明図。
【図２３】図９の超音波トランスジューサの第十三変形例を示す説明図。
【図２４】図９の超音波トランスジューサの第十四変形例を示す説明図。
【図２５】図９の超音波トランスジューサの第十五変形例を示す説明図。
【図２６】図９の超音波トランスジューサの第十六変形例を示す説明図。
【図２７】図９の超音波トランスジューサの第十七変形例を示す説明図。
【図２８】図９の超音波トランスジューサの第十八変形例を示す説明図。
【図２９】図９の超音波トランスジューサの第十九変形例を示す説明図。
【図３０】順方向伝播時と逆方向伝播時の受信感度の非対称性の改善状況を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（全体構成）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図３は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波流量計１００は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。
【００４２】
図４は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図４のＡ−Ａ断面図が図５に表わされている。図４に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図５参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図４の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図３参照）が開口している。
【００４３】
図５に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図４参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。
【００４４】
さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａにおける超音波計測区間２１ａ１（流量計測区間）を通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。この直線状中間流路２１ａにおいて、超音波計測区間２１ａ１の上流側（流れ方向上手側）には、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂにて流量測定するガスの流れを整えるための助走区間２１ａ２（図４参照）が設けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁１８が設けられている（図４参照）。
【００４５】
したがって、図５において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。
【００４６】
図４及び図５に示すように、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１及び助走区間２１ａ２）は、流路の幅方向（本体流路切除部１５への嵌合方向；奥行方向）を長辺Ｌ、流路の高さ方向（上下方向）を短辺Ｓとする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の流れ方向直交断面において、嵌合方向前方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部２１ｄの取付壁面に、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗ０を隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部の壁面を反射面２１ｅとする。
【００４７】
図５に示すように、送信側となる超音波トランスジューサ（順方向駆動モードでは上流側の超音波トランスジューサ２３ａ、逆方向駆動モードでは下流側の超音波トランスジューサ２３ｂ）から送出される超音波ビームは、反射面２１ｅで反射しつつ、長辺Ｌを構成する壁面と平行に直線状中間流路２１ａを斜めに横切って、受信側となる超音波トランスジューサ（順方向駆動モードでは下流側の超音波トランスジューサ２３ｂ、逆方向駆動モードでは上流側の超音波トランスジューサ２３ａ）に導かれる。これらの超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂは圧電振動子などからなる超音波振動子を有し、駆動電圧の印加により超音波ビームを送出する超音波送出機能と、超音波ビームの受信により電気信号（受信信号）を出力する超音波受信機能とを複合して備えるものである。測定用の超音波ビームは、直線状中間流路２１ａ内にて超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂ間に定在波を生じないよう、所定周波数以下のパルス状に送出される。
【００４８】
図３に戻り、超音波センサ２３の超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂで受信された超音波ビームの受信信号は、リード線２５，２５を介して制御回路部２４（計測制御手段）に送信されて平均ガス流速及びガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂ、制御回路部２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。
【００４９】
このうち、制御回路部２４には、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂを順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で切り替え可能に駆動する超音波駆動機構１と、超音波ビームの受信信号を処理するための各回路部５，６，７，８，９とが設けられている。超音波駆動機構１は、送信部２、受信部３及び切替部４を有する。送信部２は、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂに対して駆動信号を入力するための回路である。受信部３はスイッチ等から構成され、このスイッチを切り替えることにより、順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの切り替えがなされる。この受信部３の切替制御は切替部４により行われる。
【００５０】
一方、増幅部５は、受信部３により受信された超音波ビームを所定の電圧利得（ゲイン；増幅率）で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定部６に入力する。マスク時間設定部６は、ノイズ対策のため、送信側の超音波トランスジューサ２３ａ（又は２３ｂ）が超音波ビームを送出後、直線状中間流路２１ａを伝播する超音波ビームが受信側の超音波トランスジューサ２３ｂ（又は２３ａ）に到達するまでに要する最低時間を設定するものである。また、ゼロクロスポイント検出部７は、受信した超音波波形に含まれる特定順位波（例えば、第３波）のゼロクロスポイントを検出するものである。時間計測部８は、順方向駆動モードにおいて、上流側の超音波トランスジューサ２３ａから送信された超音波ビームが下流側の超音波トランスジューサ２３ｂに到達するまでの順方向伝播時間と、逆方向駆動モードにおいて、下流側の超音波トランスジューサ２３ｂから送信された超音波ビームが上流側の超音波トランスジューサ２３ａに到達するまでの逆方向伝播時間とを計測するものである。また、演算部９は、順方向伝播時間と逆方向伝播時間との時間差から、直線状中間流路２１ａを流れるガスの平均流速及び流量を計算する。
【００５１】
リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図４，図５参照）。
【００５２】
（超音波センサの配置変形例）
以上の全体構成においては、超音波センサ（超音波トランスジューサ）の配置と超音波ビームの通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサの測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。
【００５３】
（１）透過型Ｚ配列（図６（ａ））
一方の超音波トランスジューサ１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の超音波トランスジューサ１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の超音波トランスジューサ１２３ａと他方の超音波トランスジューサ１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００５４】
（２）交差型Ｘ配列（図６（ｂ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の超音波トランスジューサ３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の超音波トランスジューサ３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。
【００５５】
本発明の流量計では、いずれの超音波センサの配置方式（測線方式）を採用しても等価であるから、以下の実施例においては、透過型Ｚ配列を用いて説明する。
【００５６】
なお、以上の全体構成及び超音波センサの配置変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。
【００５７】
（実施例）
次に、図７は図４における中間流路の流路構成の一例を示す斜視図及び正面図である。図７に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１ｇが接続形成されている。方向転換部２１ｇは、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とがともに湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１ｇは、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて徐々に減少し、流路の外周側及び内周側で直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の長辺Ｌを形成する長辺壁部２１ｆに連なっている。なお、直線状中間流路２１ａでの高さ方向の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３を構成する一対の超音波トランスジューサ１２３ａ，１２３ｂの測線位置Ｏ２と一致している。
【００５８】
図８は図７の超音波計測区間における超音波トランスジューサの配置関係を表わす説明図である。超音波計測区間２１ａ１には、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと下流側超音波トランスジューサ１２３ｂとが、超音波放射面ＲＰと超音波受信面ＲＰ’とを互いに対向させる形で配置されている（図７参照）。なお、一対の超音波トランスジューサ１２３ａ，１２３ｂはそれぞれ送受信兼用であり、送信側と受信側とに交互に切り替えて使用されるので、一方が超音波放射面ＲＰのとき他方は超音波受信面ＲＰ’となる。そこで以下の記載では、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂを送信側（超音波放射面ＲＰ）、上流側超音波トランスジューサ１２３ａを受信側（超音波受信面ＲＰ’）として説明する。
【００５９】
図９に、超音波トランスジューサ１２３ａ，１２３ｂ（両者は同一の構造を有するので、その一方で代表させ、以下において符号「１２３」を付与する場合がある）の断面構造の一例と、その特性を示す。超音波トランスジューサ１２３は、その要部である振動駆動部が、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の高さ方向（流路短辺Ｓ方向）に沿って配置された素子板１３１（圧電素子）と、素子板１３１を挟んでその各主表面を覆う形で対向配置された主電極対１３２，１３３Ｃ，１３３Ｓとを備える。
【００６０】
素子板１３１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛等のペロブスカイト型強誘電性セラミックの焼成体であり、流路短辺Ｓ方向に分極処理されている。また、各電極１３２，１３３Ｃ，１３３ＳはＣｕ等の金属蒸着膜からなる。主電極対１３２，１３３Ｃ，１３３Ｓは、素子板１３１の一方の主表面（第二主表面）を覆い、ＧＮＤ側に接続される接地電極１３２と、同じく他方の主表面（第一主表面）を覆い、いずれも駆動電源側に接続されるダミー電極１３３Ｃ（擬似電極）及び周辺駆動電極１３３Ｓとからなる。接地電極１３２はＧＮＤ側に接続され、周辺駆動電極１３３Ｓは駆動電源側に接続されているので、素子板１３１の圧電素子ブロック１３１Ｓ（後述）には超音波振動させるための駆動電圧が印加される。ただし、後述するようにダミー電極１３３Ｃは素子板１３１の駆動には関与しないので、駆動電源側に接続しなくてもよく、あるいはダミー電極１３３Ｃそのものを省略してもよい。
【００６１】
また、素子板１３１は、一辺が超音波計測区間２１ａ１の流路短辺Ｓ方向と一致するように配置される長方形状（正方形を概念として含む）の平面形状を有し、後述する音響整合層１３７の表面に形成される超音波放射面ＲＰの中央部に対応するダミー素子ブロック１３１Ｃ（擬似素子ブロック；中央非分極部）と、その両側の周辺部に対応する圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺分極部）とに区分されている。後述するように、圧電素子ブロック１３１Ｓは高電位にて分極処理されることで圧電効果を有しているが、ダミー素子ブロック１３１Ｃは分極処理が施されていないために圧電効果を有しない。つまり、単一の圧電セラミック性素材において、超音波放射面ＲＰの周辺部に対応する部分のみに分極処理を施すことにより、ダミー素子ブロック１３１Ｃと圧電素子ブロック１３１Ｓとが素子板１３１内に一体形成されている。
【００６２】
ダミー電極１３３Ｃ及び周辺駆動電極１３３Ｓは、圧電素子ブロック１３１Ｓを高電位で分極処理する際に印加電圧の影響がダミー素子ブロック１３１Ｃへ及ばないように、第一主表面の面内方向に絶縁分離された形で、各素子ブロック１３１Ｃ，１３１Ｓの表面を個別に覆うように形成されている。他方、接地電極１３２は、ダミー素子ブロック１３１Ｃとその両側の圧電素子ブロック１３１Ｓとに跨る形で第二主表面内に一体形成されている。なお、符号１３２Ｓは、接地電極１３２の一部を構成する側面電極である。
【００６３】
素子板１３１の分極処理は、例えば次のようにして実施できる。すなわち、焼成・研磨後の圧電セラミック性素材の両主表面に接地電極１３２とダミー電極１３３Ｃ及び周辺駆動電極１３３Ｓとを形成する。次に、圧電素子ブロック１３１Ｓを選択的に覆う分極ブロックと、接地電極１３２側の分極ブロックとの間に圧電セラミック性素材を挟みつけて、後述するように周辺分極電位（図９（ｂ）の電位ＶＳ’）を印加し、圧電素子ブロック１３１Ｓの分極処理を行って圧電効果を付与する。なお、ダミー素子ブロック１３１Ｃには分極処理が行われないため、圧電効果が付与されない。
【００６４】
このように、図９に示す素子板１３１は、圧電素子ブロック１３１Ｓのみに周辺分極電位ＶＳ’を印加して分極処理されている。したがって、超音波放射面ＲＰ（素子板１３１）から送出される超音波ビームの電界強度（出力強度）は、圧電素子ブロック１３１Ｓにおける値（ＥＳ）が、ダミー素子ブロック１３１Ｃにおける値（ほぼ０）よりも高強度となることが明らかである（図１０参照）。
【００６５】
また、高電圧で分極処理される圧電素子ブロック１３１Ｓの分極電解の影響が、面内放電等により、分極処理されないダミー素子ブロック１３１Ｃ側に及ばないよう、ダミー電極１３３Ｃと周辺駆動電極１３３Ｓとの間の隙間（電極非形成領域）の幅を適当に大きく（例えば、０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下）設定しておく。
【００６６】
上記のように分極処理された素子板１３１は、ダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓの形成された第一主表面側がケーシング１３９の底部１３９ａの内面と対向する形で、ケーシング１３９内に配置される。ケーシング１３９の底部１３９ａの裏面には、駆動端子１３５及び接地端子１３４が突出形成され、ダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓが共通の駆動端子１３５に、接地電極１３２が接地端子１３４にそれぞれワイヤー結線されている。
【００６７】
ケーシング１３９の側壁部１３９ｂは、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金など耐食性に優れる金属材料や、エンジニアリングプラスチック等で構成され、内周面底部側端部が段付き形状に拡径された形で裏面側開口部を形成している。そして、駆動端子１３５及び接地端子１３４を裏面側に立設した基板１３６が裏面側開口部に嵌め込まれ、さらにエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の高分子材料が裏面側から充填されて底部１３９ａが形成されている。駆動端子１３５及び接地端子１３４は、ケーシング１３９の底部１３９ａを貫通して裏面側に延出している。
【００６８】
また、素子板１３１は、ケーシング１３９の底部１３９ａとは反対側の開口に臨んで配置されている。そして、その開口を塞いで素子板１３１の第二主表面上に形成された接地電極１３２と密着するように、音響整合層１３７が設けられている。音響整合層１３７は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料をマトリックスとし、空隙形成用フィラー（例えば、ガラスバルーン）を分散させた複合材料により矩形板状に形成され、接地電極１３２との接触側とは反対側の主表面に超音波放射面ＲＰが形成されている。超音波の伝達効率を向上させるために、音響整合層１３７の空隙形成用フィラーの体積配合比率は、素子板１３１と被測定流体（例えば都市ガス）との中間の音響インピーダンス値（例えば、両者の幾何平均値を目標値とする）となるように調整されている。なお、目的とする音響インピーダンス値を得るために、空隙形成用フィラーを混入しない樹脂材料で音響整合層１３７を構成することもある。
【００６９】
また、接地電極１３２への導通経路１３８は、素子板１３１の第二主表面側から素子板１３１の側周面を経て第一主表面側に回り込む形で形成されている。接地電極１３２は、ケーシング１３９の底部１３９ａの裏面に突出形成された接地端子１３４に対し、導通経路１３８を介して接続されている。図９（ａ）において、導通経路１３８は、素子板１３１の第二主表面側にて一端が接地電極１３２に半田付けされるワイヤーで構成されている。
【００７０】
図１０は下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの電気的構成の一例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャートである。図１０に示すように、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの素子板１３１には、その素子板１３１を駆動するための駆動回路として、電源回路部２６と上記した制御回路部２４（計測制御手段；図３参照）とが接続されている。
【００７１】
電源回路部２６は、直流電源電圧を昇圧するための昇圧回路２６Ａと、昇圧回路２６Ａで昇圧された電圧を安定化させるための電圧調整回路２６Ｂと、圧電素子ブロック１３１Ｓを駆動するための周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳとを含み、素子板１３１に対して直列状に接続されている。昇圧回路２６ＡはＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成され、直流電源電圧（例えば３Ｖ）をそれよりも高い電位（例えば６Ｖ）に昇圧する。電圧調整回路２６Ｂは、昇圧電位を安定化させるレギュレータＩＣと、昇圧電位を周辺駆動電位ＶＳ（例えば５Ｖ）に分圧する分圧回路とを含む。なお、ダミー素子ブロック１３１Ｃを駆動するためのスイッチ回路は設けなくてよい。
【００７２】
電圧調整回路２６Ｂの分圧回路と圧電素子ブロック１３１Ｓとの間には、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳが接続されている。周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳはＭＯＳＦＥＴ回路にて構成され、圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して周辺駆動電位ＶＳを印加することができる。
【００７３】
制御回路部２４のＣＰＵには制御上の基準クロックとなるタイマー回路２４Ａが内蔵されており、タイマー回路２４Ａからのクロック信号と送信部２からの駆動信号とが、論理積回路２４Ｂ（２入力１出力ＮＡＮＤの直列接続にて構成される）にそれぞれ入力されている。論理積回路２４Ｂの出力は、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳを構成するＭＯＳＦＥＴ回路のゲートに入力されている。したがって、送信部２からの駆動信号が制御回路部２４に入力されると、タイマー回路２４Ａからのクロック信号に基づいて、所定数（例えば５つ）の駆動パルス信号が論理積回路２４Ｂから出力され、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴをゲート駆動する。
【００７４】
次に、以上のように構成された下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの作動（駆動）について説明する。切替部４（図３参照）の指令に基づいて送信部２から駆動信号が出力されたとき、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴには、５個の駆動パルス信号がゲート入力される。周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳから圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して、周辺駆動電位ＶＳの駆動電圧が５個の方形波として印加される。図１０の作動タイミングチャートに示すように、圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）の駆動電圧は周辺駆動電位ＶＳで印加され、ダミー素子ブロック１３１Ｃには駆動電圧は印加されない。
【００７５】
これによって、超音波放射面ＲＰ（素子板１３１）から送出される超音波ビームの出力強度は、流路短辺Ｓ方向においてダミー素子ブロック１３１Ｃ（中央部）よりも圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺部）にて高強度となるように調整される。これにより、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの素子板１３１の流路短辺方向における出力強度分布特性（圧電素子ブロック１３１ＳにてＥＳ、ダミー素子ブロック１３１Ｃにてほぼ０；図１０参照）は、流路短辺Ｓ方向における流速分布特性（動粘性係数大のガスでは放射線状（図１１参照）、動粘性係数小のガスではバスタブ状（図１２参照））を均一化ないし平均化する方向に作用する。すなわち、逆方向伝播時には超音波ビームを収束させて受信感度を向上させるとともに、順方向伝播時には超音波ビームを拡散させて受信感度を低下させる原因となる流速分布特性を、素子板１３１の出力強度分布特性により見かけ上打ち消しないし相殺することで緩和（均一化・平均化）し、そのような状態にて超音波ビームの到達時間を測定することができる。
【００７６】
したがって、超音波トランスジューサ１２３を用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、図３０の実線（本発明１）に示すように、逆方向伝播時の受信感度特性が順方向伝播時の受信感度特性と対称になるように超音波ビーム（素子板１３１）の出力強度を調整できる。あるいは、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂと同様に、上流側超音波トランスジューサ１２３ａについても超音波ビーム（素子板１３１）の出力強度を調整する場合には、図３０の一点鎖線（本発明２）に示すように、逆方向伝播時、順方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００７７】
よって、例えば、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の向上により超音波ビームの受信感度特性が安定（対称化）し、流量計測時における消費電流を抑制して電池寿命を長期化できるようになり、ひいては超音波トランスジューサによる広い測定範囲での安定した流量計測が可能となる。なお、素子板１３１のダミー素子ブロック１３１Ｃは超音波ビームの送受信に寄与しなくてもよいから、信号処理のためのリード線や制御回路を簡素化することができ、省エネルギーにも貢献できる。
【００７８】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１）
図１１は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第一変形例を示す。小流量時（低速時；層流域）、被測定ガス（流体）の動粘性係数が相対的に大きい場合等には、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）の高さ方向（流路短辺Ｓ方向）において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈する傾向がある。例えば、動粘性係数の大きいガスの場合を想定したとき、放物線状の流速分布特性に応じて、ダミー素子ブロック１３１Ｃの短辺方向Ｓ寸法（例えば３．０ｍｍ）を圧電素子ブロック１３１Ｓの短辺方向Ｓ寸法（例えば２．０ｍｍ）に対して相対的に拡大する。これによって、駆動電圧を印加されない（つまり振動しない）ダミー素子ブロック１３１Ｃのエリアが、周辺駆動電位ＶＳを印加される圧電素子ブロック１３１Ｓのエリアよりも広くなる。図１１に示すように、流路短辺Ｓ方向において放物線状を示す粘性大なるガスの流速分布特性に対し、超音波トランスジューサ１２３（素子板１３１）の出力強度はふたこぶ型（ふた山型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００７９】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例２）
図１２は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第二変形例を示す。大流量時（高速時；乱流域）、被測定ガス（流体）の動粘性係数が相対的に小さい場合等には、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）の高さ方向（流路短辺Ｓ方向）において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する傾向がある。例えば、動粘性係数の小さいガスの場合を想定したとき、バスタブ状の流速分布特性に応じて、ダミー素子ブロック１３１Ｃの短辺方向Ｓ寸法（例えば２．０ｍｍ）を圧電素子ブロック１３１Ｓの短辺方向Ｓ寸法（例えば３．０ｍｍ）に対して相対的に縮小する。これによって、駆動電圧を印加されない（つまり振動しない）ダミー素子ブロック１３１Ｃのエリアが、周辺駆動電位ＶＳを印加される圧電素子ブロック１３１Ｓのエリアよりも狭くなる。図１２に示すように、流路短辺Ｓ方向においてバスタブ状を示す粘性小なるガスの流速分布特性に対し、超音波トランスジューサ１２３（素子板１３１）の出力強度はなべ底型（高原型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００８０】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例３）
図１３は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第三変形例を示す。図１３に示す素子板１３１は、図９の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３に組み込まれているので、ダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。この場合には、音響整合層１３７とダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓとの間に補助金属板１４０を介在させ、第一主表面内にて電気的に互いに分離されたダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓを補助金属板１４０を介して電気的に導通させるとともに、補助金属板１４０を駆動端子１３５にワイヤー接続することによって、結線構造の簡略化を図ることができる。なお、補助金属板１４０の厚みは、その金属板中を伝播する超音波波長の１／２０以下に設定することが望ましい。
【００８１】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例４）
図１４は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第四変形例を示す。図１４に示す素子板１３１には、ダミー素子ブロック１３１Ｃと圧電素子ブロック１３１Ｓとの境界位置に、隣接する素子ブロックを区画するための区画溝ＧＢが厚さ方向に形成されている。この構成によれば、圧電セラミック性素材に分極処理を施して圧電効果を付与する際に、高電圧で分極処理する圧電素子ブロック１３１Ｓへの印加電圧の影響が、区画溝ＧＢによる遮断効果によりダミー素子ブロック１３１Ｃに及びにくくなる。また、ダミー素子ブロック１３１Ｃと圧電素子ブロック１３１Ｓとが、溝底部側では一体化されているので、超音波トランスジューサ１２３への素子アセンブリ工程の簡略化を図ることができる。なお、区画溝ＧＢによる印加電圧の遮断効果をより顕著なものとするには、区画溝ＧＢの形成深さｔ１を素子板１３１の厚みｔ０の１／２以上（望ましくは３／４以上）となるように調整することが望ましい。この場合も、超音波トランスジューサ１２３は、図９と全く同様に構成できる。
【００８２】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例５）
図１５は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第五変形例を示す。図１５に示す素子板１３１は、図１４の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３に組み込まれているので、ダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図１５に示す変形例５は、図１３（変形例３）と図１４（変形例４）とを組み合わせたものに相当する。
【００８３】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例６）
図１６は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第六変形例を示す。図１６に示す素子板１３１は、ダミー素子ブロック１３１Ｃと圧電素子ブロック１３１Ｓとが、所定量の隙間ＣＬを介して隣接配列する、互いに独立した素子ブロックとして別体分離形成されている。したがって、素子板１３１の中央部は分極処理に基づく圧電効果を有しないダミー素子ブロック１３１Ｃで構成し、周辺部は分極処理を施すことにより圧電効果が付与された圧電素子ブロック１３１Ｓで構成できる。この場合には、素子板１３１のダミー素子ブロック１３１Ｃを、圧電素子ブロック１３１Ｓと同一材質の圧電セラミック性素材にて構成してもよいし、異なる材質の材料にて構成してもよいから、超音波トランスジューサ１２３の材料コストの低廉化に寄与することができる。なお、この場合も、超音波トランスジューサ１２３は、図９と全く同様に構成できる。
【００８４】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例７）
図１７は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第七変形例を示す。図１７に示す素子板１３１は、図１６の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３に組み込まれているので、ダミー電極１３３Ｃ，周辺駆動電極１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図１７に示す変形例７は、図１３（変形例３）と図１６（変形例６）とを組み合わせたものに相当する。
【００８５】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例８）
図１８は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第八変形例を示す。図１８では、図１６（変形例６）に示す素子板１３１において、ダミー素子ブロック１３１Ｃが圧電素子ブロック１３１Ｓとは異なる材質の材料（非圧電セラミック性素材）にて構成されている。それに伴って、ダミー電極（図１６の符号１３３Ｃ）も省略され、構造の一層の簡素化が図られている。この構成によれば、流路短辺Ｓ方向における流速分布特性（動粘性係数の大きいガスの場合と小さいガスの場合）に応じてダミー素子ブロック１３１Ｃの剛性（特に曲げ剛性）を調整することによって、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性をより精密に改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の更なる向上に寄与することができる。
【００８６】
例えば、動粘性係数の大きいガスの場合を想定したとき、放物線状の流速分布特性に応じて、ダミー素子ブロック１３１Ｃの剛性が圧電素子ブロック１３１Ｓの剛性よりも大きくなるように調整（例えば比重が大、重量が大、又はヤング率が大）する。これによって、流路短辺Ｓ方向において放物線状を示す粘性大なるガスの流速分布特性に対し、素子板１３１の出力強度はふたこぶ型（ふた山型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。したがって、図１１（変形例１）と同様の効果が得られる。
【００８７】
他方、動粘性係数の小さいガスの場合を想定したとき、バスタブ状の流速分布特性に応じて、ダミー素子ブロック１３１Ｃの剛性が圧電素子ブロック１３１Ｓの剛性よりも小さくなるように調整（例えば比重が小、重量が小、又はヤング率が小）する。これによって、流路短辺Ｓ方向においてバスタブ状を示す粘性小なるガス乱流域での流速分布特性に対し、素子板１３１の出力強度はなべ底型（高原型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。したがって、図１２（変形例２）と同様の効果が得られる。
【００８８】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例９）
図１９は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第九変形例を示す。図１９では、図１７（変形例７）に示す素子板１３１において、ダミー素子ブロック１３１Ｃが圧電素子ブロック１３１Ｓとは異なる材質の材料（非圧電セラミック性素材）にて構成されている。また、素子板１３１の第二主表面において、接地電極１３２Ｓが圧電素子ブロック１３１Ｓにのみ形成されている。それに伴って、ダミー素子ブロック１３１Ｃの接地電極及びダミー電極（図１７の符号１３３Ｃ）が省略され、構造の一層の簡素化が図られている。この構成によれば、流路短辺Ｓ方向における流速分布特性（動粘性係数の大きいガスの場合と小さいガスの場合）に応じてダミー素子ブロック１３１Ｃの剛性（特に曲げ剛性）を調整することによって、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性をより精密に改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の更なる向上に寄与することができる。具体的には、図１８（変形例８）で述べたと同様の効果が得られる。
【００８９】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１０）
図２０は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十変形例を示す。図２０では、図１４（変形例４）に示す素子板１３１において、ダミー素子ブロック（図１４の符号１３１Ｃ）が、空間をなす形成深さｔ１の凹部１３１Ｃ’（中央非分極部）として構成されるとともに、圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺分極部）が流路短辺Ｓ方向において凹部１３１Ｃ’を挟んで離間配置されている。それに伴って、ダミー電極（図１４の符号１３３Ｃ）や区画溝（図１４の符号ＧＢ）も省略され、構造の一層の簡素化が図られている。この構成によれば、ダミー素子ブロックが空間（凹部１３１Ｃ’）に形成されるので、超音波トランスジューサ１２３（ひいては超音波流量計１００）の小型化、軽量化やコスト低減を図ることができる。
【００９０】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１１）
図２１は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十一変形例を示す。図２１に示す素子板１３１は、図２０の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３に組み込まれているので、周辺駆動電極１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図２１に示す変形例１１は、図１５（変形例５）と図２０（変形例１０）とを組み合わせたものに相当する。
【００９１】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１２）
図２２は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十二変形例を示す。図２２では、図１８（変形例６）に示す素子板１３１において、ダミー素子ブロック（図１８の符号１３１Ｃ）が空間をなす凹部１３１Ｃ’（中央非分極部）として構成されるとともに、圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺分極部）が流路短辺Ｓ方向において凹部１３１Ｃ’を挟んで離間配置されている。それに伴って、隙間（図１８の符号ＣＬ）も省略され、構造の一層の簡素化が図られている。この構成によれば、ダミー素子ブロックが空間（凹部１３１Ｃ’）に形成されるので、超音波トランスジューサ１２３（ひいては超音波流量計１００）の小型化、軽量化やコスト低減を図ることができる。
【００９２】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１３）
図２３は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十三変形例を示す。図２３に示す素子板１３１は、図２２の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３に組み込まれているので、周辺駆動電極１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図２３に示す変形例１３は、図１９（変形例９）と図２２（変形例１２）とを組み合わせたものに相当する。
【００９３】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１４）
図２４は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十四変形例を示す。図２４では、図２１（変形例１１）に示す音響整合層１３７が、素子板１３１の第二主表面（超音波送出側表面）に重ね配置され、素子板１３１の凹部１３１Ｃ’に対応する層中央部１３７Ｃと、圧電素子ブロック１３１Ｓに対応する層周辺部１３７Ｓとに区分されている。層中央部１３７Ｃは、重ね方向（超音波ビーム伝播方向）において中央本体部１３７Ｃ１から四角柱状に突出して凹部１３１Ｃ’に入り込む突出部１３７Ｃ２を含み、中央本体部１３７Ｃ１と突出部１３７Ｃ２とを併せた層中央部１３７Ｃの厚さは層周辺部１３７Ｓの厚さよりも大きく形成されている。また、突出部１３７Ｃ２を含む層中央部１３７Ｃと層周辺部１３７Ｓとが同一の材質（例えばエポキシ樹脂とガラスバルーンとの複合材料）にて一体形成され、層中央部１３７Ｃの剛性が層周辺部１３７Ｓの剛性よりも大きくなるように調整されている。
【００９４】
このように、素子板１３１の凹部１３１Ｃ’を利用して、突出部１３７Ｃ２を含む層中央部１３７Ｃを同一材質の層周辺部１３７Ｓよりも厚く形成することにより、音響整合層１３７（及びそれを含む超音波トランスジューサ１２３）の剛性（特に曲げ剛性）を容易に大きくすることができる。また、層中央部１３７Ｃと層周辺部１３７Ｓとを単一の音響整合層１３７として一括製造でき、超音波トランスジューサ１２３の製造コストの低廉化に寄与することができる。
【００９５】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１５）
図２５は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十五変形例を示す。図２５では、図２３（変形例１３）に示す音響整合層１３７が、素子板１３１の第一主表面（超音波送出側表面）に重ね配置されている。その他の構成は図２４（変形例１４）と同様である。すなわち、図２５に示す変形例１５は、図２３（変形例１３）と図２４（変形例１４）とを組み合わせたものに相当する。
【００９６】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１６）
図２６は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十六変形例を示す。図２６では、図２４（変形例１４）に示す音響整合層１３７（層中央部１３７Ｃ）において、中央本体部１３７Ｃ１と突出部１３７Ｃ２とが別体に形成されている。そして、突出部１３７Ｃ２を中央本体部１３７Ｃ１と異なる材質で構成することにより、層中央部１３７Ｃの剛性を層周辺部１３７Ｓの剛性に対して調整できる。
【００９７】
このように、流路短辺Ｓ方向における流速分布特性（動粘性係数の大きいガスの場合と小さいガスの場合）に応じて突出部１３７Ｃ２を含む層中央部１３７Ｃの剛性（特に曲げ剛性）を調整することによって、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性をより精密に改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の更なる向上に寄与することができる。具体的には、図３０の実線（本発明１）に示すように、逆方向伝播時の受信感度特性が順方向伝播時の受信感度特性と対称になるように超音波ビーム（素子板１３１）の出力強度を調整できる。あるいは、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂと同様に、上流側超音波トランスジューサ１２３ａについても超音波ビーム（素子板１３１）の出力強度を調整する場合には、図３０の一点鎖線（本発明２）に示すように、逆方向伝播時、順方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００９８】
例えば、動粘性係数の大きいガスの場合を想定したとき、放物線状の流速分布特性に応じて、層中央部１３７Ｃの剛性が層周辺部１３７Ｓの剛性よりも大きくなるように調整（例えば突出部１３７Ｃ２の比重、重量、又はヤング率が中央本体部１３７Ｃ１より大）する。これによって、流路短辺Ｓ方向において放物線状を示す粘性大なるガスの流速分布特性に対し、超音波トランスジューサ１２３（素子板１３１）の出力強度はふたこぶ型（ふた山型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【００９９】
他方、動粘性係数の小きいガスの場合を想定したとき、バスタブ状の流速分布特性に応じて、層中央部１３７Ｃの剛性が層周辺部１３７Ｓの剛性よりも小さくなるように調整（例えば突出部１３７Ｃ２の比重、重量、又はヤング率が中央本体部１３７Ｃ１より小）する。これによって、流路短辺Ｓ方向においてバスタブ状を示す粘性小なるガスの流速分布特性に対し、超音波トランスジューサ１２３（素子板１３１）の出力強度はなべ底型（高原型）の分布特性を呈することになり、見かけ上打ち消しないし相殺することによって流速分布特性を緩和し、均一化・平均化することができる。
【０１００】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１７）
図２７は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十七変形例を示す。図２７では、図２５（変形例１５）に示す音響整合層１３７（層中央部１３７Ｃ）において、中央本体部１３７Ｃ１と突出部１３７Ｃ２とが別体に形成されている。そして、突出部１３７Ｃ２を中央本体部１３７Ｃ１と異なる材質で構成することにより、層中央部１３７Ｃの剛性を層周辺部１３７Ｓの剛性に対して調整できる。その他の構成は図２５（変形例１５）と同様である。
【０１０１】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１８）
図２８は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十八変形例を示す。図２８では、図２６（変形例１６）に示す音響整合層１３７（層中央部１３７Ｃ）の突出部１３７Ｃ２が、中央本体部１３７Ｃ１に形成された本体凹陥部１３７Ｃ１’の底面に固定配置されている。その他の構成は図２６（変形例１６）と同様である。
【０１０２】
（超音波トランスジューサ１２３の変形例１９）
図２９は図９（実施例）の超音波トランスジューサ１２３の第十九変形例を示す。図２９では、図２７（変形例１７）に示す音響整合層１３７（層中央部１３７Ｃ）の突出部１３７Ｃ２が、中央本体部１３７Ｃ１に形成された本体凹陥部１３７Ｃ１’の底面に固定配置されている。その他の構成は図２７（変形例１７）と同様である。
【０１０３】
なお、図２４（変形例１４）〜図２９（変形例１９）に仮想線で示すように、音響整合層１３７には、層中央部１３７Ｃの突出部１３７Ｃ２を被覆する緩衝部材１３７Ｃ２’を配置することができる。柔軟性を有する高分子材料（例えばシリコーン樹脂等の合成樹脂）で緩衝部材１３７Ｃ２’を構成すると、層中央部１３７Ｃと素子板１３１の圧電素子ブロック１３１Ｓとの接触を回避できる。このように、緩衝部材１３７Ｃ２’を配置するときには、素子板１３１の圧電素子ブロック１３１Ｓの振動が層中央部１３７Ｃ（突出部１３７Ｃ２）を介して音響整合層１３７の超音波放射面ＲＰ（超音波受信面ＲＰ’）に伝播することを防止でき、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。
【０１０４】
超音波トランスジューサの変形例（図１１〜図２９）において、実施例（図１〜図１０）と機能が共通する部分には同一符号を付すことによって説明を省略したものがある。なお、これらの実施例や変形例において、圧電素子ブロック１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）を複数に区分し、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳ（周辺駆動電位ＶＳ）を複数段設けてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
５        増幅部
５Ｃ      中央増幅回路
５Ｓ      周辺増幅回路
２１      中間流路
２１ａ    直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ａ１  超音波計測区間（流量計測区間）
２１ａ２  助走区間
２１ｂ    入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ    出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ    短辺壁部
２１ｆ    長辺壁部
２１ｇ    方向転換部
２３      超音波センサ
２４      制御回路部（計測制御手段）
２６      電源回路部
２６Ａ    ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路）
２６ＶＳ  周辺駆動スイッチ回路
１００    超音波流量計
１２３（１２３ａ，１２３ｂ）  超音波トランスジューサ
１３１    素子板（圧電素子）
１３１Ｃ  ダミー素子ブロック（擬似素子ブロック；中央非分極部）
１３１Ｃ’  凹部（中央非分極部）
１３１Ｓ  圧電素子ブロック（周辺分極部）
１３２    接地電極
１３３Ｃ  ダミー電極（擬似電極）
１３３Ｓ  周辺駆動電極
１３４    接地端子
１３５    駆動端子
１３６    基板
１３７    音響整合層
１３７Ｃ  層中央部
１３７Ｃ１  中央本体部
１３７Ｃ１’  本体凹陥部
１３７Ｃ２  突出部
１３７Ｃ２’  緩衝部材
１３７Ｓ  層周辺部
１３８    導通経路
１３９    ケーシング
１３９ａ  底部
１３９ｂ  側壁部
１４０    補助金属板
ＧＢ      区画溝
ＣＬ      隙間
ＲＰ      超音波放射面
ＲＰ’    超音波受信面
Ｌ        長辺
Ｓ        短辺
Ｈ        開口高さ
Ｗ        開口幅
Ｏ１      直線状中間流路での高さ方向の中央位置
Ｏ２      測線位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３０】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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